影響高錳酸鹽指數(shù)測定的因素分析

侯 坤

（吉林市生態(tài)環(huán)境監(jiān)控中心，吉林 吉林 132000）

高錳酸鹽指數(shù)能反映水體中有機物以及無機可氧化污染物質(zhì)指標，同時水體中的硫化物、亞鐵鹽、亞硝酸鹽等都可以被還原成無機物，在特定的測量條件下，氧化物均有可能消耗高錳酸鉀。測定結(jié)果會受到多種因素的影響，質(zhì)量控制難度較大。所以，對各類影響因素進行分析，并提出有效控制措施十分必要。

1 高錳酸鹽指數(shù)

1.1 定義

高錳酸鹽指數(shù)主要是指在特定條件下，將高錳酸鉀作為氧化劑，對水樣進行處理時所消化的氧化劑總量，可用mg/L單位表示。在水中部分具有還原性的無機物和特定條件下也能被氧化的有機物，都會與其發(fā)生氧化還原反應(yīng)，消耗高錳酸鉀。測定方法需要根據(jù)還原反應(yīng)酸堿性進行分類，即酸性方法和堿性方法[1]。

高錳酸鹽指數(shù)的測定方法和重鉻酸鉀法測量水中有機物方法比較類似，主要是利用高錳酸鹽氧化性特征對水中有機物進行氧化還原。因為有機物的種類比較多，而且高錳酸鉀在氧化反應(yīng)時也會受到強度限制，所以并不能對水中有機物進行全部氧化，因此，高錳酸鹽指數(shù)與化學需氧量并不完全相同。高錳酸鹽適用于地表水的分析，化學需氧量適用于工業(yè)廢水的分析，而且與重鉻酸鉀法氧化能力也有明顯的區(qū)別。高錳酸鹽指數(shù)也不能代表水中有機物含量，這一指數(shù)僅可以作為條件性指標。

1.2 標準

根據(jù)前文提到，高錳酸鹽指數(shù)測量方法主要分為酸性方法和堿性方法兩種，一般情況下，當氯離子含量超過200 mg/ L時，使用堿性方法，如果低于這一指標，則使用的是酸性方法[2]。

（1）堿性方法。取適量水樣，加入氫氧化鈉甲型溶液，使溶液樣本呈堿性，加入過量高錳酸鉀標準液并加熱。控制反應(yīng)時間，使高錳酸鉀還原溶液中的無機物和有機物。加入定量硫酸，利用高錳酸鉀過量草酸鈉還原反應(yīng)，加入過量草酸鈉，計算出高錳酸鹽指數(shù)。

（2）酸性方法。取適量水樣，加入一定硫酸，使反應(yīng)溶液為強酸性，加入過量高錳酸鉀標準溶液并加熱。控制反應(yīng)溫度，在進行一段時間后，利用高錳酸鉀氧化性還原溶液中無機物與有機物，加入過量草酸鈉還原，計算出高錳酸鹽指數(shù)。

2 高錳酸鹽測定因素分析

2.1 實驗部分

（1）實驗材料

實驗使用的儀器設(shè)備和藥劑分別為：儀器：恒溫水浴設(shè)備、定時設(shè)備、250 ml錐形瓶、50 ml酸式滴定管。藥劑：高錳酸鉀、優(yōu)級純草酸鈉、濃硫酸[3]。

（2）實驗操作

將100 ml混合樣品加入到錐形瓶中，并在其中加入5 ml硫酸，混合均勻之后加入10 ml的高錳酸鉀融合，充分搖勻混合，立即翻入到沸水浴中進行持續(xù)加熱，時間控制為30 min。實驗操作中確保沸水浴液面高于反應(yīng)液液面。完成加熱之后取出錐形瓶，并在溫度未下降時，使用滴定管加入10 ml，濃度為度0.01 mol/L的草酸鈉溶液，搖勻混合之后使用高錳酸鉀滴定，直至出現(xiàn)微粉紅色，記錄高錳酸鉀使用量。之后，使用相同的算法和步驟測定出紅白體積，以此計算出樣品中高錳酸鹽指數(shù)濃度。

3 高錳酸性測定的影響分析

3.1 反應(yīng)酸度

高錳酸鹽指數(shù)的測定是一種氧化還原反應(yīng)，在其中加入硫酸之后，反應(yīng)體系酸堿度小于2，使用高錳酸鉀將樣品中具有還原性的物質(zhì)和有機物氧化，化學方程式為：

當溶液中氫離子的含量過低，則高錳酸鉀容易被氧化成氧化錳沉淀，降低高錳酸鉀的氧化性。如果溶液中的氫離子含量過高，則會使草酸被分解。所以，為了確保高錳酸鹽指數(shù)測定結(jié)果更接近實際值，需要確保氫離子在硫酸介質(zhì)中的含量在0.5 mol/L至1.0 mol/L之間，同時保證在滴定結(jié)束時，含量在0.2 mol/L至0.5 mol/L范圍之內(nèi)。

3.2 溶液濃度

在進行測定時，樣品的測定值度和空白值均會受到高錳酸鉀溶液濃度的影響。從理論上分析，需要高錳酸鉀標準液濃度為0.01 mol/L，溶液濃度過高或者過低都會對最終測試的高錳酸鹽指數(shù)結(jié)果產(chǎn)生影響。例如，當高錳酸鉀標準液的濃度超過0.01 mol/L時，則實驗過程中消耗的高錳酸鉀體積會減少，空白實驗消耗的高錳酸鉀體積也相應(yīng)降低。反之，如果高錳酸鉀標準液的濃度低于0.01 mol/L時，實驗過程中需要適當增加滴定用量，導(dǎo)致樣品溫度明顯下降，反應(yīng)速度變慢，樣品測定濃度會偏高。

經(jīng)過研究得出，當高錳酸鉀標準液濃度在0.01 mol/L左右時，樣品測定結(jié)果標準差較低。而且，隨著高錳酸鉀標準液濃度處于遞增或者遞減狀態(tài)，其檢驗所得的誤差會擴大。因此，為確保檢驗結(jié)果，使空白值檢驗所得在0.4至0.5之間，需要對高錳酸鉀標準液濃度進行控制，一般在0.0 098至0.0 101之間，測量誤差較小，精準度也相應(yīng)得到保證。除此以外，當高錳酸鉀標準液的濃度如果能略低于0.01 mol/L時，不需要進行單獨空白實驗滴定，加入10 ml的草酸鈉溶液之后，高錳酸鹽紅色會完全褪去，操作步驟不會增加。

3.3 加熱時間

研究發(fā)現(xiàn)，在特定酸度條件下，當高錳酸鉀和草酸鈉發(fā)生了氧化還原反應(yīng)時，氧化條件的強弱程度和對耗氧量測定結(jié)果有十分密切的關(guān)系。一般來說，加熱時間不同會是測定結(jié)果受到影響，所以，在對樣品進行加熱時，需要等水浴完全沸騰之后再進行樣品水浴加熱，并進行重新計時，反應(yīng)時間也需要控制在30 min以內(nèi)，防止水浴時間過長，加大樣本的氧化還原反應(yīng)程度，測定結(jié)果偏高。反之，測定結(jié)果會偏低。

例如，在進行水浴加熱時，如果加熱的時間為28 min，高能酸鉀的用量為3.5 ml，標樣測定值為2.69 mg/L，相對誤差為4.6%。當加熱時間為30 min時，高能酸鉀的用量為3.6 ml，標樣測定值為2.78 mg/L，相對誤差為1.4%。當加熱時間為34 min時，高能酸鉀的用量為4.1 ml，標樣測定值為3.18 mg/L，相對誤差為12.8%?？梢钥闯?，無論是加熱時間延長還是縮短，標準樣品測定結(jié)果相對誤差都處于較大的狀態(tài)。當加熱溫度為30 min時，測定結(jié)果與真實值更接近，樣品測量相對誤差較小，準確度較高。

3.4 滴定時間

除了上述幾項影響因素以外，分析操作中滴定時間也會對高錳酸鹽指數(shù)的測定結(jié)果產(chǎn)生影響。通常情況下，在分析操作中，滴定速度需要遵循“成滴不成流”的原則。因為高錳酸鉀和還原物質(zhì)參與到化學反應(yīng)后，會有自動催化反應(yīng)存在。而且，生成物中的錳離子會參與到催化反應(yīng)，在開始時反應(yīng)較慢，當錳離子生成量增加后，反應(yīng)速度也會相應(yīng)加快。但是，隨著反應(yīng)持續(xù)進行，反應(yīng)物生成難度增加，反應(yīng)速度又會下降。

由此，在滴定時，需要對速度和時間進行控制。在初始階段和結(jié)束階段適當放慢速度，延長時間，中間階段適當加快速度縮短時間。使用酸性法測定高錳酸鹽指數(shù)時，需要保證溶液反應(yīng)物高錳酸鉀以及高酸鈉的溫度在60 ℃至80 ℃之間，充分接觸化學反應(yīng)，防止在熱溶液中影響二者的反應(yīng)速度，使結(jié)果偏低。如果二者反映不充分，生成的結(jié)果會偏高。在測定中保證滴定速度和反應(yīng)速度同步，控制滴定時間，可得到最佳反應(yīng)結(jié)果。

4 控制措施

通過前文的研究結(jié)果可以看出，在進行高錳酸鹽指數(shù)測定時，反應(yīng)酸度、溶液溶度、加熱時間以及滴定時間等都會影響到指數(shù)檢出率，對此，需要從以下幾個方面加強控制，提高檢測結(jié)果的精準度。具體為：

（1）合理選擇方法。針對不同條件下高錳酸鉀選擇適當?shù)臋z測方法，比如，對于氯離子低于300 mg/L的堿性水樣，適合使用酸性高錳酸鉀檢測方法。對于氯離子含量較高的水樣，適合使用堿性條件高錳酸鉀，不會對水體中氯離子產(chǎn)生氧化作用。

（2）妥善保存。妥善保存主要是對配制的試劑進行保存，使用新鮮蒸餾水、超純水和重蒸水等作為實驗用水，不可使用去離子水。因為離子交換樹脂水體中可能存在無法完全去除的可溶性有機物。高錳酸鉀溶液能夠自行分解，見光會加快分解，需要存儲到棕色瓶中并放置到避光處保存。高錳酸鉀溶液濃度需要接近0.01 mmol/L，以確保偏差最低。

（3）對水浴加熱的時間進行嚴格控制。一般來說，使用酸性檢驗方法對樣本進行加熱時，需要在水浴沸騰狀態(tài)下放入樣品，加熱的時間要控制在30 min左右，規(guī)定從沸騰之后開始進行計時，水浴重新沸騰需要5 min左右，避免測定結(jié)果偏高。

（4）對滴定的時間進行控制。一般要在加熱完成之后進行滴定，以確保溫度得以維持，如果溶液的溫度偏低，則需要適當加熱，使其溫度保持在60 ℃至80 ℃之間。

5 結(jié)論

綜上所述，高錳酸鹽是地表水、生活污水與水源水中的重要指標監(jiān)測項目，同時也是我國地表水污染程度評價的重要指標。研究探討測定高錳酸鹽的關(guān)鍵影響因素，結(jié)果證明指標測定條件具有相對性，加強各類因素的控制，規(guī)范測量路程，有利于確保將檢測結(jié)果的精密度與精準性。